レイヤー2ブロックチェーンとは？

ピーク時にEthereum上でスマートコントラクトをデプロイすると、トランザクション手数料が急騰したり、トランザクションが何時間もメンプールに滞留したりします。ブロックチェーンは無限にスケールするネットワークではありません。ブロックスペースは本質的に限られており、その需要が増えるほどUXは悪化します。これはアプリにとって致命的な問題になりえます。コードのデプロイ1回に数百ドルかかるチェーンを使いたいビルダーがいるでしょうか。ガス代だけで10ドルかかるなら、20ドル分のトークンをスワップしたいユーザーがいるでしょうか。

レイヤー2ブロックチェーンはこの問題を解決します。

レイヤー2ブロックチェーンとは

レイヤー2ブロックチェーンは、計算処理とトランザクション実行をEthereumやBitcoinのような基盤となるレイヤー1ブロックチェーンの外に移しつつ、そのL1チェーンを利用してL2のトランザクションを検証・保護します。言い換えれば、L1はL2にとっての清算機関のような役割を果たし、L2のすべてのトランザクションとユーザー残高が正当であることを保証します。さらにL1チェーンはL2の状態を保存するため、L2はL1ネットワークによる追加のセキュリティ上の恩恵を受けられます。

L2ブロックチェーンの仕組みはスケールを前提に設計されています。トランザクションはオフチェーンで実行され、より混雑したL1のブロックスペースへの負荷を減らします。さらに、各トランザクションの結果を個別にL1に送信する代わりに、L2はまず数百から数千のトランザクションをまとめてバンドルし、その集約データを1つのトランザクションとしてL1チェーンに投稿します。L1上の数学的証明により、L1チェーン上ですべてのトランザクションを再実行することなく、それらのトランザクションの正当性が保証されます。

結果として、L2はそのチェーンに決済することでL1のセキュリティの恩恵を受けつつ、計算処理とトランザクションの順序付けをオフチェーンに移すことで、コストのごく一部で100倍優れたパフォーマンスを得られます。

主なL2設計

L2ブロックチェーンの設計にはロールアップ、ステートチャンネル、サイドチェーンなど複数の種類があり、それぞれセキュリティ、コスト、速度の間で異なるトレードオフを取ります。これらのL2実装の違いを詳しく見ていきましょう。

オプティミスティックロールアップ

ArbitrumやOptimismのようなオプティミスティックロールアップは、トランザクションをデフォルトで有効とみなします。いわゆる「無罪推定」です。トランザクションはまずL2上で実行され、その後Ethereumに投稿されます。その後、トランザクションは7日間のチャレンジ期間に入り、バリデータが不正なトランザクションに異議を申し立てることができます。異議申し立てがなければ、トランザクションは確定します。

トレードオフは明確です。トランザクションの正当性を証明する計算コストがかからないため高速かつ安価ですが、その安さには代償があります。Ethereumへの出金が確定するまで1週間の待機が必要です。

ゼロ知識ロールアップ

ZkSync Era、Starknet、Polygon zkEVMのようなZKロールアップは、暗号学的証明を使ってトランザクションを即座に検証します。L2は正当性証明（SNARKまたはSTARK）を生成してEthereumに投稿し、Ethereumはそれを数学的に検証します。チャレンジ期間は不要で、トランザクションはほぼ即座に確定します。

その即時決済には代償があります。正当性証明の生成には多くの計算コストがかかるため、ユーザーはその速度のプレミアム分を余計に支払うことになります。ZKロールアップはより複雑な技術でもあります。オプティミスティックロールアップはZK技術より先に市場に出ており、市場シェアも大きく上回っています。もっとも、さらなる研究によりZK技術の実用性が高まれば、このバランスは変わる可能性があります。

ステートチャンネル

ステートチャンネルは、すべてのやり取りごとにブロックチェーンに触れることなく、ピアツーピアのトランザクションを可能にします。バーでツケを開いて、夜の終わりに最終的な残高を精算するようなものです。LightningやRaidenのようなネットワークは、送金や決済のユースケースに向けてこれを実装しています。

ステートチャンネルにはグローバルステートという概念がない（チャンネルが閉じるまで、ユーザーは個々のチャンネル内で起きているアクティビティを見ることができない）ため、チェーンの状態とやり取りするスマートコントラクトのロジックを構築することはできず、ステートチャンネルで構築できるユースケースは限られます。

サイドチェーン

Polygon PoSのようなサイドチェーンは、独立したコンセンサスメカニズムとバリデータネットワークを持ちながら、Ethereum（または他のL1）と並行して動作します。サイドチェーンの設計空間はかなり幅広いものですが、一般的にサイドチェーンはL1と何らかの関係性を持ちます。L1のマイナーが同時にL2をマイニングするマージマイニングを使う場合もあれば、L1とL2の間で資産を移動できるネイティブブリッジを使う場合、あるいはデータ可用性や決済のためにL1を利用する場合もあります。

サイドチェーンの設計の幅広さゆえに、サイドチェーンはロールアップのような真の「L2」とはみなされないこともありますが、L1に紐づく絶対的なセキュリティが最優先事項ではないアプリにとっては、高速で柔軟な実装を提供できます。

L2の設計上のトレードオフは重要

すべてのL2は異なる妥協をしており、セキュリティ、確定までの時間、コスト、開発体験におけるその妥協が、ビルダーとユーザーの双方の体験に大きな差を生み出します。自分のビジネスに適したL2を選ぶ際は、自分のユースケースが成功するために何が必要かを考える必要があります。

• セキュリティ: L2ごとに提供されるセキュリティ保証の種類は異なります。オプティミスティックロールアップはEthereumの完全なセキュリティを継承しますが、不正防止証明を必要とします。ZKロールアップは数学的な保証を提供しますが、複雑な暗号技術に依存します。サイドチェーンは独自のセキュリティモデルを持ちます。
• トランザクション手数料: ある程度、すべてのL2はL1で構築する場合と比べてコストを削減しますが、その削減幅はかなり異なります。ZKロールアップは証明生成のコストが高い一方で、L1上でより優れたデータ圧縮を実現できます。オプティミスティックロールアップは経済モデルがよりシンプルなためトランザクション手数料は低くなりますが、L1のオンチェーン上に保存すべきデータが多くなり、別の面でコストが増加します。
• 確定までの速度: オプティミスティックロールアップは7日間のチャレンジ期間を必要としますが、ZKロールアップやステートチャンネルはほぼ即座の確定を提供できます。トランザクションの確定はどれくらい速く必要ですか。7日間のチャレンジ期間中にトランザクションが定期的にロールバックされることは、ユーザーにとってどの程度影響がありますか。
• 開発体験（DevEx）: オプティミスティックロールアップは一般的により優れたEVM互換性を提供し、多くの場合、既存のSolidityコードを最小限の変更でデプロイできます。堅牢なSolidityツール群やテンプレートコードが揃ったエコシステムでは、その互換性が構築プロセスの摩擦を大きく減らします。これに対してZKロールアップは、まったく新しいプログラミング言語やツールを学ぶ必要がある場合があります。
• 分散化: 今日の多くのL2は中央集権的なシーケンサーを使用していますが、これは変わりつつあり、L2によって中央集権の度合いは異なります。上記で述べた他のトレードオフと比較して、分散化されたネットワーク上で構築することにどれほどの価値を置きますか。

自分のユースケースと思想的立場によって、どのL2ソリューションを選んで構築するかが決まります。どのロールアップが自分のビジネスに適しているかについてさらに質問がある場合は、当社のロールアップチームが意思決定をサポートします。ここから当社のロールアップチームにご連絡いただけます。

L2チェーンの未来

L2の世界は急速に進化しています。ほんの数年前まで、L2について話す人も、まして構築する人もいませんでした。今日、ロールアップは数億人のユーザーを抱え、数十億ドル規模のトランザクション価値を扱っています。多くの企業が自社のユースケース向けに新しい独自のL1を構築することを選んでいる中でも、L2が定着していくことに疑いの余地はありません（L2は運用コストが低いため、企業は収益をより多く保持しつつ、顧客への価値提供に集中できます。これは、自前でL1をコールドスタートさせるという難しい問題に取り組む場合には到底できないことです）。

そして、L2ブロックチェーンがシェアを拡大し続ける中、この分野をさらに前進させるエキサイティングなイノベーションが数多く起きています。

ZKの研究は、ZK設計の実用性を主流に押し上げるべく前進を続けています。ZKSync Era、Scroll、Polygon zkEVMのような組織は、ZKロールアップをEVM互換にし、これらのエコシステムにおける主な採用障壁を取り除きました。それと並行して、新たなブレークスルーがZK証明の生成にかかる計算コストを絶えず引き下げています。

オプティミスティック陣営でも、各チームがスタックにZK証明を統合する取り組みを進めており、必要に応じてトランザクションを異なる証明システムにルーティングできる動的なソリューションを実現しつつあります。また、異なるL2チェーン間の相互運用性を改善する取り組みも進んでおり、より深い流動性と統一されたエコシステムの実現に貢献しています。

最後に、個別のアプリ専用に構築され、特定のユースケースに合わせてカスタマイズされたチェーンであるL3やアプリチェーンの台頭も見られます。これにより、他のエンティティとチェーンスペースを共有していては実現できない最適化やより優れたUXが可能になります。

L2チェーンを始める

レイヤー2は、応急処置的なスケーリングソリューションではありません。あらゆる種類の設計を通じて、すでに本番環境で稼働し、数百万件のトランザクションを支え、主流採用を後押ししています。

良いニュースは、最も人気のあるL2オプションはEVM互換であり、Hardhat、Foundry、そしてもちろんAlchemyを含め、既存のEthereumツールがこれらさまざまなL2環境で動作するということです。

当社はインフラとオンチェーンで何かを構築するための開発者ツール一式で、主要なすべてのL2をサポートしています。無料のAPIキーを取得し、主要なL2ブロックチェーンに最初のAPI呼び出しを行って、最も急成長しているオンチェーン領域の一つで構築する感覚を実際に確かめてみてください。

よくある質問

レイヤー1とレイヤー2の違いは何ですか

レイヤー1とは、コンセンサス、セキュリティ、データ可用性を担い、完全に独立して動作する基盤となるブロックチェーン（EthereumやBitcoinなど）を指します。レイヤー2は、L1の上に構築された二次的なネットワークであり、計算処理とトランザクションの順序付け・バンドリングをL1チェーンの外で行い、コストを抑えます。その後、L2はそれらのトランザクションをL1に投稿し、ネットワークセキュリティについてはL1チェーンに依存します。

レイヤー2はEthereumと同程度に安全ですか

ほとんどのL2は、暗号学的証明や不正検知のメカニズムを通じてEthereumのセキュリティを継承しています。セキュリティモデルはソリューションによって異なりますが、適切に設計されたL2は基盤チェーンと同等のセキュリティ保証を維持します。

レイヤー2のトランザクションはどれくらい安くなりますか

L2でのトランザクションコストは、一般的にEthereumメインネットより10〜100倍安くなります。混雑が激しい時期には、その差はさらに大きくなることもあります。メインネットで50ドルかかるトランザクションが、L2では0.50ドル以下で済むこともあります。

異なるレイヤー2間で資産を移動できますか

L2同士の直接的な相互運用性はまだ改善途上ですが、いったんEthereumにブリッジして戻す、あるいはサードパーティのブリッジを使って一つのチェーンから別のチェーンへ資産を移動させることで、L2間の資産移動が可能です。

レイヤー2開発のために新しいプログラミング言語を学ぶ必要がありますか

ほとんどのL2はSolidityおよび標準的なEthereum開発ツールをサポートしています。StarkNetのような一部のソリューションは元々Cairoを必要としていましたが、そうしたソリューションでもSolidityサポートが追加されつつあります。

レイヤー2がオフラインになった場合はどうなりますか

ほとんどのL2には、L2の運用が停止した場合でも、ユーザーがEthereumを通じて直接資金を引き出せる「エスケープハッチ」があります。「強制出金」と呼ばれることもあるこの機能により、L2の状態にかかわらず、ユーザーは自分のL2資産をL1に取り戻すことができます。